CN101479666A - 移动基板的微型建构方法和装置 - Google Patents

移动基板的微型建构方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101479666A
CN101479666A CNA2007800244521A CN200780024452A CN101479666A CN 101479666 A CN101479666 A CN 101479666A CN A2007800244521 A CNA2007800244521 A CN A2007800244521A CN 200780024452 A CN200780024452 A CN 200780024452A CN 101479666 A CN101479666 A CN 101479666A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mask
substrate
target area
microstructure
projection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2007800244521A
Other languages
English (en)
Inventor
K·伯伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eriken Bao Minthis Coating (uk) Ltd
Oerlikon Balzers Coating UK Ltd
Original Assignee
Eriken Bao Minthis Coating (uk) Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eriken Bao Minthis Coating (uk) Ltd filed Critical Eriken Bao Minthis Coating (uk) Ltd
Publication of CN101479666A publication Critical patent/CN101479666A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/355—Texturing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70041—Production of exposure light, i.e. light sources by pulsed sources, e.g. multiplexing, pulse duration, interval control or intensity control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24479—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including variation in thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

一种聚合体或其它基板(S)向来自合适能量密度的脉冲激光源(12)的图案成型照明曝光的方法，目的是导致表面烧蚀以形成密集的、规则的二维或三维微型结构阵列，其特征在于，该方法包括以下步骤：将含有一连串在固定节距上相同或不相同特征的掩模(13)相对于基板(S)的靶区(14)定位；将均匀激光束(18)投影通过掩模(13)，目的是将由掩模(13)的多个特征组成的图像投射到靶区(14)上；使掩模(13)和靶区(14)之间的射束(18)携带的图像缩小；使用于烧蚀的基板(S)在靶区(14)内定位；至少在靶区内时使基板(S)在平行于微型结构投影阵列的一轴线的第一方向(D1)以及在垂直于第一方向的第二方向(D2)上移动；以及控制(20)与靶区(14)中基板(S)的准确位置相关的脉冲激光器(12)的发射。本发明还包括一种装置，其用于通过图案成型照明来烧蚀聚合体或其它基板(S)的表面，以形成密集的、规则的二维或三维微型结构阵列，该装置包括：可脉冲激光源(12)；掩模(13)，其包含一连串在固定节距上相同或不相同的特征，而且其设置在激光源(12)和靶区(14)之间；照明系统(15)，其用于产生均匀的激光束(16)使掩模(13)上的多个特征曝光，而且其设置在激光源(12)和掩模(13)之间；光学投影系统(17)，其将掩模图像缩小到靶区(14)上，而且其设置在掩模(13)和靶区(14)之间；基板(S)的双轴平台系统(19)，其适于使基板(S)在靶区(14)内在平行于微型结构的规则阵列的一轴线的第一方向以及在垂直于第一方向的第二方向上移动；以及控制系统(20)，其使脉冲激光器(12)的发射与靶区(14)中的基板的准确位置连接。

Description

移动基板的微型建构方法和装置
技术领域
本发明涉及在材料表面形成三维结构的激光烧蚀技术。
更具体地说，本发明涉及对激光掩模投影烧蚀工艺的改进，以在大型的聚合体或其它基板的表面上形成密集重复的三维微型结构。
背景技术
通过掩模投影的脉冲激光烧蚀方法是众所周知的。来自激光器的射束通过光学系统来传递，使其在掩模的表面尽可能均匀。利用投影透镜将掩模的图像投影到待建构的基板表面上。这种透镜通常将掩模图像缩小，以致于到达基板表面的每一激光辐射脉冲的能量密度均超过烧蚀阈值。用于这种工艺的激光器一般为在UV区域内操作的准分子激光器，但也可能利用以较长波长操作的脉冲激光器来实施同一技术。一般需要很多激光辐照来形成所需深度的结构。
使用这种技术在基板表面上形成大面积的重复的二维和三维微型结构是有条件的。对于二维结构来说，掩模在整套曝光过程保持不变，而对于形成恰为期望形状的三维微型结构而言，需要在每次激光辐照后更换掩模以对应该微型结构的正确轮廓。如果逐个制作微型结构尤其是如果微型结构小而基板大，则这种分步重复工艺是很慢的。一种典型的要求是在1x1m的基板表面上形成0.1x0.1mm的结构阵列。在此情况下将需要形成1亿个单独结构。如果激光有足够的脉冲能量，则在每次辐照可制作多个结构，但对于三维结构还需要在辐照之间更换掩模，因此使得工艺仍相对较慢。使用典型的激光器通常可能形成10mm2面积以上的图像，也就是说，每次辐照都可使超过1000个0.1mm尺寸的微型结构曝光。这使得工艺的速度大为提高，但这种分步重复工艺一般会因激光束不均匀、烧蚀碎片的沉积以及平台移动的精确度误差导致图像边界出现匹配问题。
EP0822881描述了一种解决该问题的方法，其中，在图像全场的全部工艺过程之后，并没有使基板移步该图像全场，但在每次激光辐照后移步一段距离，该距离小于相应于将形成的微型结构的节距(或多个节距)的全段(fullfield)。对于需要简单二维结构的情况，掩模包含一连串以正确节距隔开的相同的小孔，但对于需要三维结构的情况，掩模包含一连串不相同的小孔，每一小孔对应于将形成的三维结构的不同轮廓。
通过使基板移步一段等于微型结构节距的整数倍的距离，当基板在射束下完全通过后形成了全部或部分三维结构，因基板的每一区均曝光于全范围的对应不同深度轮廓的不同掩模小孔。该技术对解决有关射束不均匀导致结构的深度差异问题非常有效，但是会遇到以下三个主要问题：低工艺速度，低表面平滑度以及特别是在加工凸结构时在图像场之间的边界处发生的“接缝”效应。发生第一个问题是由于工艺的分步重复性质，第二个问题是由于每次激光辐照时有限的烧蚀深度导致微型结构表面上的微移步，第三个问题是由于在标定(nominally)垂直的烧蚀结构的侧壁上出现的正锥形角，而且还由于烧蚀材料的沉积物。本发明设法解决这三个问题。
发明内容
根据本发明的第一个方面提供了一种曝光方法，其使聚合体或其它基板(S)曝光于来自合适能量密度的脉冲激光源(12)的图案成型照明，目的是导致表面烧蚀，以形成密集的、规则的二维或三维微型结构阵列，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将含有一连串在固定节距上相同或不相同特征的掩模(13)相对于基板(S)的靶区(14)定位；
将均匀的激光束(18)投影通过掩模(13)，目的是将由掩模(13)的多个特征组成的图像投射到靶区(14)上；
将掩模(13)和靶区(14)之间的射束(18)携带的图像缩小；
使用于烧蚀的基板(S)在靶区(14)内定位；
至少在靶区内时使基板(S)在平行于微型结构的投影阵列的一轴线的第一方向(D1)以及在垂直于第一方向的第二方向(D2)上移动；以及
控制(20)与靶区(14)中基板(S)的准确位置相关的脉冲激光器(12)的发射。
根据本发明的第一个方面的第一较佳方案，其特征在于，移动基板(S)的步骤相对于投影图像连续地进行而不停止，并且控制脉冲激光器(12)发射的步骤只要基板(S)移动了一段等于形成阵列的微型结构的节距整数倍的距离时就提供发射。
根据本发明第一个方面或其第一较佳方案的第二较佳方案，该方法的特征在于，掩模的定位步骤涉及掩模(14)，其中某些或全部小孔(11’-15’)包含半色调(half tone)结构。
根据本发明第一个方面或前述任一项其较佳方案的第三较佳方案，其特征在于投影和缩小步骤用于在垂直于第一和第二方向的轴线中、在图像平面形成足够高的激光束(18)角度，以便在形成彼此相邻的平行结构行时避免在凸微型结构的投影行的侧缘处形成山脊。
根据本发明第一个方面或前述任一项其较佳方案的第四较佳方案，该方法的特征在于投影步骤中掩模(13)具有侧缘，这些侧缘都相对于掩模中的特征行倾斜，目的是对形成的凸微型结构的投影行建立斜边，使得当彼此相邻地设置这些行时，这些斜边正好交迭，而且在边界处不会出现山脊或槽形。
根据本发明的第二个方面，提供了一种烧蚀装置，其烧蚀聚合体或其它基板(S)的表面，通过图案成型照明形成密集的、规则的二维或三维微型结构阵列，该装置包括：
可脉冲激光源(12)；
掩模(13)，其含有一连串在固定节距上相同或不相同的特征，而且其被设置在激光源(12)和靶区(14)之间；
照明系统(15)，其用于产生均匀的激光束(16)，使掩模(13)上的多个特征曝光，而且其被设置在激光源(12)和掩模(13)之间；
光学投影系统(17)，其使掩模图像缩小到靶区(14)上，而且其被设置在掩模(13)和靶区(14)之间；
基板(S)的双轴平台系统(19)，其适于在靶区(14)内、在平行于微型结构的规则阵列的一轴线的第一方向上以及在垂直于第一方向的第二方向上移动基板(S)；以及
控制系统(20)，其将脉冲激光器(12)的发射与靶区(14)内的基板(S)的准确位置连接。
根据本发明第二个方面的第一较佳方案，该装置的特征在于，能够驱动双轴平台系统，以相对于投影图像连续地驱动基板(S)，并且只要基板(S)移动了一段等于形成阵列的微型结构的节距的整数倍距离时，控制系统(20)使激光源(12)发射。
根据本发明第二个方面或其第一较佳方案的第二较佳方案，该装置的特征在于，掩模(13)中的某些或全部小孔包含半色调结构。
根据本发明第二个方面或前述任一项其较佳方案的第三较佳方案，光学掩模照明系统(15)和投影系统(17)在基板(S)的图像平面、在垂直于第一或第二方向的轴线中产生足够高的激光束角度，以在凸微型结构行的侧缘处建立垂直壁，使得在形成彼此相邻的平行结构行时不会形成山脊。
根据本发明第二个方面或前述任一项其较佳方案的第四较佳方案，光学掩模(13)具有侧缘，这些侧缘都相对于掩模(13)中的特征行倾斜，目的是对形成的凸微型结构行建立斜边，使得在彼此相邻地投影这些行时，斜边的图像交迭，而且这些行之间的边界处不会形成山脊或槽形。
根据本发明的第三个方面，提供了一种由第一个方面的方法制成的基板产品。
根据本发明的第四个方面，提供了一种由第二个方面的装置制作的基板产品。
本发明提供了一种通过如EP0822881所描述的直接激光烧蚀使基板曝光于规则图案成型辐射以在基板表面上形成一系列二维和三维结构的方法及装置，但与EP0822881不同的是，本发明以高速形成最终产品，其中微型结构具有平滑的表面，而且在烧蚀带之间的边界处具有最小的山脊或接缝(seam)效应。
附图说明
现在将参照附图对涉及用于烧蚀聚合体或其它基板的表面的装置的本发明的一个示例性实施例作出描述。
图1是显示组件布局的简图；
图2是替代形式的可获得烧蚀的简图；
图3是减少微型建构可能的接缝效应的方法简图。
具体实施方式
图1
装置11包括可脉冲激光源12。掩模13含有一连串在固定节距上相同或不相同的特征，它被设置在激光源12和靶区14之间。
照明系统15用于产生均匀的激光束16，以使掩模13上的多个特征曝光。
光学投影系统17用于缩小射束18，并因此在基板(S)上提供掩模图像的缩小比例图像，所述基板S通过双轴平台系统19定位于靶区14中，，所述平台系统用于在平行于微型结构的规则阵列的一轴线的第一方向D1以及在垂直于第一方向的第二方向D2上使基板S移动通过靶区14。两个方向D1和D2都垂直于射束18。
控制系统20用于支配脉冲激光源12向由平台系统19建立的基板S的准确位置的发射。
本发明的实施方式
在本发明中，通过除去现有工艺的分步重复性质，并在恰好平行于规则微型结构阵列的轴线之一的方向上以连续移动的方式操作基板，从而快速地实施烧蚀工艺。为使这种工艺有效地工作，激光发射相对于平台移动的计时必须要准确。也就是说，平台应装设高分辨率的编码器，而且应具有可高重复性。还意味着需要快速且无抖动控制电子设备自平台编码器信号产生激光发射脉冲，以使得小的平台速度变化(由于伺服环路控制误差)不会影响图像的准确定位。我们将此工艺称为同步图像扫描(SIS)。
对于最高速度的工艺，较佳的是在射束单次通过后，微型结构也被完全地完成了。这可利用这样的激光束轻易地实现，即该激光束在掩模处成形为矩形射束并因此生成矩形图像。如果平行于矩形图像的长轴线对基板进行扫描，而且在该方向上掩模含有相应于微型结构所有不同深度的全部轮廓，则该结构将在单次连续通过后完成。
对于横向尺寸为0.1mm的微型结构以及长度为10mm的射束而言，可在图像中装设代表100个不同结构轮廓的100个不同的小孔，且单次通过将使基板上的每一点受到100次激光辐照。如果基板为聚合体且恰当地选择能量密度，则可在每次激光辐照时烧蚀0.2至0.3微米的深度，使得经受100次辐照后，可达到20至30微米的深度。对很多微型结构要求来说这种深度是足够的，但对于更大的深度，可利用含有更多数量小孔的更大射束长度。一种达到更大深度的替代方法，其中在图像尺寸不足以加入三维结构的全部轮廓时，该方法使用射束多于一次地在基板上面通过，并在各次通过之间更换掩模。在这种情况中，每一掩模含有需要限定三维结构所有轮廓的小孔总数的子集，使得在基板曝光给所有掩模后，每一单独的三维微型结构也已曝光给所有不同的小孔。
应注意到将基板曝光给不同小孔的特殊时间顺序可能会影响结构的表面平滑度，但对于本发明并不是关键的。在某些情况中，较佳的是首先使基板曝光给最小的小孔继之以曝光给渐大的小孔。在其它情况中则较佳的是其相反情况。还有可能是任意顺序地使表面曝光给小孔。
如果掩模含有一系列不同的清晰或不透明特征的尺寸以在基板表面上形成复杂的三维结构，而且这些特征具有作为二元掩模的锐边，则微型结构的表面上很可能具有对应于单独激光脉冲的微小台阶(minute steps)。这个问题在其中曲率如同在微型透镜中心内那样低的微型结构区域上更为严重。在本发明中，通过将半色调特征引入到至少某些、有时是全部的掩模特征上来消除这种表面不规则性。
半色调掩模技术已广泛地应用于分步重复烧蚀工艺中，目的是产生多级装置以及形成平滑的三维结构。在若干出版物中给出了全部信息。“Multil eveldiffractive optical element manufacture by Excimer laser ablation andhalf tone masks(通过准分子激光烧蚀及半色调掩模的多级衍射光学组件制造)”(SPIE会议论文集，卷号4274，2001，第420页)，此文解释了半色调掩模的概念并论证了其应用于以分步重复模式形成多级衍射光学组件。“Excimer laser micro-machining of polymers using half tone mask：Maskdesign and process optimizaiton(利用半色调掩模的聚合体准分子激光微型加工：掩模设计及工艺优化)”(第六届激光器精度微结构国际研讨会会议记录)(LPM 2005，第215-218页)，此文描述了半色调掩模设计的原理以及在用分步重复和异步扫描两种模式制作平滑三维和二维结构方面的应用。本发明建议将这些半色调掩模技术与在运行中连续的同步图像扫描(SIS)技术结合使用，以在大面积上高速形成具有高质表面的重复的三维微型结构。
在掩模设计中并非必需应用半色调技术到所有的特征。然而，只有在微型结构的深度需要逐渐改变而且二元掩模的使用将在表面显示烧蚀台阶时，则其应用是关键的。当制造凹及凸微透镜阵列时，半色调掩模技术是特别关键的。在此情况下，掩模上的限定透镜关键区域的清晰或不透明的特征相当大地得益于使用半色调技术消除表面上的离散烧蚀台阶，其中在透镜的关键区域中待形成的表面与原表面仅成小角度。
对于重复率为几百赫兹的典型准分子激光器，图像处射束的面积范围为10-20mm2。也就是说，如果射束为10至20mm长，宽度将只有1或2mm，而且将在具有该宽度的一连串连续的条中加工基板。这种连续的同步扫描工艺对于形成三维微型结构有一个问题，即在相邻扫描带之间会发生接缝误差。这种误差将其自身表示为节距等于扫描宽度的基板上的可见线。对于其中图像场的边缘处有少许或没有材料被烧蚀的凹微型结构，，这些通常是由到达尚未曝光的表面的射束内自某区域烧蚀的碎片沉积物造成的。然而对于其中图像场边缘处有材料被烧蚀至微型结构的整个深度的凸微型结构，，可见线是由于内倾斜至壁形成山脊而造成的。
将该边界问题减至最小的最直接方法是，在单次通过时只扫描微型结构的单一线。以这种方式，即使发生碎片或山脊产物，它们也是在与最小结构相同的节距上，因此并不视为缺陷。对于上述的情况，射束只能是0.1mm宽乘10mm长。若激光器以200Hz发射，且基板在激光辐照之间移动一微型结构节距，则平台速度仅为每秒20mm，以致于覆盖大面积的工艺时间将会很长。因此，对于大面积快速形成三维微型结构而言，理想的激光器是以高重复率进行操作。理想的激光器应具有适度的能量，足以以合适的能量密度对窄矩形图像区照明，但将会以至少每秒1000脉冲的重复率产生该激光。如果使用0.1x10mm的图像区且所需的能量密度为5mJ/mm2(0.5J/cm2)，则激光器需要发射每脉冲几十毫焦耳的能量。这种准分子激光器是存在的但受限于功率，因此大面积微型结构的工艺时间是很长的。
工业应用性
在本发明中，当使用宽度等于一个或多个微型结构节距的射束来加工凸结构时，我们建议用三种方法来消除在扫描区之间的边界处发生的“锥形区”山脊。
在第一方法中，光学系统以这样一种方式进行操作，即在场边缘处的壁上的锥度实际上为零。达此目的意味着在扫描区之间的边界处不会发生山脊。通过正确选择与正确设计的均质化射束和掩模照明系统耦合的投影透镜数值孔径以正确地填满透镜入射光瞳有可能实现零锥角。如果正确地控制这些光学问题，则基板上图像处的射束入射角足够高，使得烧蚀的结构行的外侧壁上的向内锥角减小至零度，而且在相邻结构行之间的边界处将不会形成山脊。只需要控制透镜孔径及照明角，例如在图像处的射束的一轴线中将烧蚀锥角减至零，只要该轴线垂直于射束或基板的扫描方向即可。然而该方法的问题是，一般为在聚合体材料中达至零锥角，需要使用具有较高数值孔径(>0.2)的透镜并以较高的能量密度操作。使用如此高孔径的透镜意味着聚焦深度会受到限制，且大面积基板的工艺控制较困难。使用高能量密度有时是不合需要的，因为烧蚀效率比使用低能量密度的还要低。
在第二方法中，改进掩模，通过在每一侧增加等于由有限的锥角造成的区域的宽度的清除区，以并入投影图像宽度的单纯增加。这样做可消除山脊，但由于工艺带之间的台阶必须是结构节距的准确倍数，而且图像宽度比这个要宽，于是在交迭点处去除太多的材料会造成在相邻扫描带之间出现凹槽。在某些应用中，这对于山脊是较佳的，但是会在轮廓中出现不期望的间断。
在第三方法中，通过改进掩模图案使其合并将锥形区内的表面曝光给形成与自然锥角恰好相等但与其相对的斜面的一连串激光脉冲的特征来消除自然锥角。这可以通过将限定微型结构行(或多行)的掩模的侧边相对于限定掩模上微型结构的特征的轴线稍微倾斜而轻易地实现。对于凸微型结构的形成，掩模由一连串在规则节距上隔开的单元组成，每一单元内均具有不透明特征，以限定该凸微型结构中的特别轮廓。不透明特征的尺寸由很小(表示凸特征的顶面)增至足够大以完全填满该单元(表示该微型结构的外边界或最低层。这意味着在掩模中不透明特征行的一端处(在该处的所有不透明区均为小区)，掩模几乎是全部透明的。在特征的行的该“透明”端部处，将掩模图案的两外侧缘制成倾斜的以克服锥形影响。在该掩模区域中制作外缘倾斜对不透明区不会有影响，因为它们在此掩模区中都为小区。掩模边缘处作成的倾斜度必须准确地对应没有任何锥形修正情况下发生的自然锥形。若利用使基板表面受到100个不同轮廓影响的10mm长的射束使尺寸为0.1mm的微型结构在聚合体(诸如聚碳酸酯)中形成25μm的深度，在扫描图案的侧缘发生的自然烧蚀角度与垂直线的夹角范围很可能为5至10度，但更高的角度也是可能的。也就是说，在这种情况下，微型结构最低层处的自然锥形区域的横向宽度范围可能为几个微米至大约5微米，但更高的值也是可能的。这意味着在掩模图案的侧缘制成的倾斜应导致图像侧缘上有类似值的倾斜。因此，图像“透明”端的侧缘的偏移量是几个微米至5微米的数量级，因此在10mm射束长度上的侧缘倾斜成小于大约0.05度的角度。可以要求更高或更低的角度，取决于激光烧蚀条件和使用的材料。当基板在射束下沿恰好平行于掩模上的特征的行的方向移动时，图像每一侧上的倾斜边缘引起形成的结构行两侧上的倾斜侧壁。将该边缘倾斜锥形调整同样地应用到掩模图案两侧，其中两倾斜角相对于扫描方向的轴线处于同一方向中。因此，当基板横向移动量恰好等于一倍或多倍的节距距离并且形成了结构的平行行时，这些行每一侧上的倾斜侧壁恰好交迭，使得在边界处不会形成山脊或槽形。

Claims (12)

1.一种方法，用于将聚合体或其它基板(S)暴露于来自合适能量密度的脉冲激光源(12)的图案成型照明，以便使表面烧蚀以形成密集的、规则的二维或三维微型结构阵列，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将含有一连串在固定节距上相同或不相同的特征的掩模(13)相对于基板(S)的靶区(14)定位；
将均匀激光束(18)投影穿过掩模(13)，以便将由掩模(13)的多个特征组成的图像投影到靶区(14)上；
在掩模(13)和靶区(14)之间将射束(18)携带的图像缩小；
将用于烧蚀的基板(S)在靶区(14)内定位；
至少在靶区内时在平行于微型结构的投影阵列的一轴线的第一方向(D1)以及在垂直于第一方向的第二方向(D2)上移动基板(S)；以及
控制(20)脉冲激光器(12)相对于靶区(14)中基板(S)的准确位置的发射。
2.如权利要求1所述的用于曝光基板(S)的方法，其特征在于，所述移动基板(S)的步骤相对于投影图像连续地进行而不停止，并且所述控制脉冲激光器(12)发射的步骤只要基板(S)移动了一段等于形成阵列的微型结构的节距的整数倍距离就提供发射。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述定位掩模的步骤涉及掩模的定位步骤涉及掩模(14)，所述掩模中某些或全部小孔(11’-15’)包含半色调(half tone)结构。
4.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述投影和缩小的步骤用于在图像平面、在垂直于第一和第二方向的轴线上形成足够高的激光束(18)角度，从而避免在形成彼此相邻的平行结构行时，在凸微型结构投影行的侧缘处形成山脊。
5.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，对于所述投影步骤，掩模(13)具有侧缘，这些侧缘均相对于掩模中的特征的行倾斜，以便使形成的凸微型结构的投影行形成斜边，使得在彼此相邻地设置这些行时，这些斜边恰好交迭，而且在边界处不会形成山脊或槽形。
6.一种装置，用于通过图案成型照明来烧蚀聚合体或其它基板(S)的表面，以形成密集的、规则的二维或三维微型结构阵列，所述装置包括：
可脉冲激光源(12)；
掩模(13)，其包含一连串在固定节距上相同或不相同的特征，而且其设置在激光源(12)和靶区(14)之间；
照明系统(15)，其用于产生均匀的激光束(16)使掩模(13)上的多个特征曝光，而且其设置在激光源(12)和掩模(13)之间；
光学投影系统(17)，其将掩模图像缩小到靶区(14)上，而且其设置在掩模(13)和靶区(14)之间；
基板(S)的双轴平台系统(19)，其适于使基板(S)在靶区(14)内在平行于微型结构的规则阵列的一轴线的第一方向以及在垂直于第一方向的第二方向上移动；以及
控制系统(20)，其使脉冲激光器(12)的发射与靶区(14)中的基板(S)的准确位置连接。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，能够驱动双轴平台系统使其相对于投影图像连续地驱动基板(S)，并且只要基板(S)移动了一段等于形成阵列的微型结构的节距的整数倍距离控制系统(20)就使激光源(12)发射。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，掩模(13)中的某些或全部小孔包含半色调结构。
9.如权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，光学掩模照明系统(15)和投影系统(17)在基板(S)上的图像平面、在垂直于第一或第二方向的轴线上产生足够高的激光束角度，以在凸微型结构行的侧缘处形成垂直壁，从而在形成彼此相邻的平行结构行时不会形成山脊。
10.如权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学掩模(13)具有侧缘，这些侧缘均相对于掩模(13)中的特征行倾斜，以便使形成的凸微型结构行形成斜边，使得在彼此相邻地投影这些行时，这些斜边的图像交迭，而且在这些行之间的边界处不会形成山脊或槽形。
11.一种由权利要求1至5所述的方法制作的基板产品。
12.一种由权利要求6至10所述的装置制作的基板。
CNA2007800244521A 2006-05-24 2007-05-15 移动基板的微型建构方法和装置 Pending CN101479666A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0610319.6 2006-05-24
GB0610319A GB2438601B (en) 2006-05-24 2006-05-24 Method and unit for micro-structuring a moving substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101479666A true CN101479666A (zh) 2009-07-08

Family

ID=36687662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2007800244521A Pending CN101479666A (zh) 2006-05-24 2007-05-15 移动基板的微型建构方法和装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20100272959A1 (zh)
EP (1) EP2030082A2 (zh)
JP (1) JP2009537333A (zh)
KR (1) KR20090046747A (zh)
CN (1) CN101479666A (zh)
GB (1) GB2438601B (zh)
TW (1) TW200812736A (zh)
WO (1) WO2007135379A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105916696A (zh) * 2013-10-30 2016-08-31 荷兰应用自然科学研究组织Tno 用于在基底上形成图案化结构的方法与系统

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2243047B1 (en) 2008-02-15 2021-03-31 Carl Zeiss SMT GmbH Facet mirror for use in a projection exposure apparatus for microlithography
GB0804955D0 (en) 2008-03-18 2008-04-16 Rumsby Philip T Method and apparatus for laser processing the surface of a drum
US20110070398A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 3M Innovative Properties Company Laser ablation tooling via distributed patterned masks
CN102343482A (zh) * 2011-07-22 2012-02-08 清华大学 采用投影成像方式获取特定激光加工束斑的方法
CN104471348A (zh) * 2012-03-26 2015-03-25 曼蒂斯影像有限公司 三维照相机及其投影仪
TWI755963B (zh) * 2020-06-23 2022-02-21 國立成功大學 形成三維微結構的方法和裝置
CN113042922B (zh) * 2021-05-17 2023-01-13 深圳市艾雷激光科技有限公司 一种激光焊的方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0866781A (ja) * 1994-08-30 1996-03-12 Mitsubishi Electric Corp エキシマレーザビーム照射装置
AU5325596A (en) * 1995-04-26 1996-11-18 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method and apparatus for step and repeat exposures
US6555449B1 (en) * 1996-05-28 2003-04-29 Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods for producing uniform large-grained and grain boundary location manipulated polycrystalline thin film semiconductors using sequential lateral solidfication
US6313435B1 (en) * 1998-11-20 2001-11-06 3M Innovative Properties Company Mask orbiting for laser ablated feature formation
US6433303B1 (en) * 2000-03-31 2002-08-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and apparatus using laser pulses to make an array of microcavity holes
US6753947B2 (en) * 2001-05-10 2004-06-22 Ultratech Stepper, Inc. Lithography system and method for device manufacture
US7160649B2 (en) * 2002-07-11 2007-01-09 Hitachi Via Mechanics, Ltd. Gray level imaging masks, optical imaging apparatus for gray level imaging masks and methods for encoding mask and use of the masks
US7311778B2 (en) * 2003-09-19 2007-12-25 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Single scan irradiation for crystallization of thin films
GB2422679A (en) * 2005-01-28 2006-08-02 Exitech Ltd Exposure method and tool
KR101415313B1 (ko) * 2006-02-28 2014-07-04 마이크로닉 마이데이터 아베 기판 처리 및 분석용 플랫폼, 장치, 시스템, 그리고 방법
GB2438600B (en) * 2006-05-19 2008-07-09 Exitech Ltd Method for patterning thin films on moving substrates

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105916696A (zh) * 2013-10-30 2016-08-31 荷兰应用自然科学研究组织Tno 用于在基底上形成图案化结构的方法与系统
CN105916696B (zh) * 2013-10-30 2018-08-17 荷兰应用自然科学研究组织Tno 用于在基底上形成图案化结构的方法与系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009537333A (ja) 2009-10-29
GB2438601A (en) 2007-12-05
WO2007135379A3 (en) 2008-05-22
KR20090046747A (ko) 2009-05-11
GB0610319D0 (en) 2006-07-05
US20100272959A1 (en) 2010-10-28
EP2030082A2 (en) 2009-03-04
WO2007135379A2 (en) 2007-11-29
GB2438601B (en) 2008-04-09
TW200812736A (en) 2008-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101479666A (zh) 移动基板的微型建构方法和装置
US6285001B1 (en) Method and apparatus for step and repeat exposures
US8835798B2 (en) Method and apparatus for laser processing the surface of a drum
CN102036927B (zh) 用来在玻璃基板中形成微结构的方法和系统
US5373137A (en) Multiple-line laser writing apparatus and method
US7646538B2 (en) Methods and apparatus for creating apertures through microlens arrays using curved cradles
KR20070100963A (ko) 노광 방법 및 툴
US20100015397A1 (en) Method and tool for patterning thin films on moving substrates
JP2004249508A (ja) 光造形装置
CN110653494A (zh) 激光修复装置及修复方法
CN106664798A (zh) 在基板上进行激光烧蚀的设备及方法
US20080237204A1 (en) Laser Beam Machining Method for Printed Circuit Board
KR101977801B1 (ko) 레티클 형성용 노광 장치 및 이를 이용한 레티클 제조 방법
JP2016190270A (ja) 分散したパターンを有するマスクを介したレーザーアブレーションツール
Boehlen et al. Laser micromachining of high-density optical structures on large substrates
KR20200077217A (ko) 수직 에어 블로우를 이용한 3차원 세포 배양체의 제조 장치 및 방법
KR102136324B1 (ko) 3차원 세포 배양체의 제조 장치 및 방법
Pedder et al. Pulsed laser ablation of polymers for display applications
KR20080057800A (ko) 레이저 직접 묘화 장치 및 방법, 그리고 이를 이용한평판표시장치 제조장치 및 방법
JPH08257778A (ja) レーザ加工装置
JP2004098103A (ja) レーザー穴あけ方法及びレーザー穴あけ装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090708